Projets innovants réalisés

Micro-usinage du verre par électrolyse à décharge luminescente

Outre le silicium, le verre est le matériau le plus important utilisé dans le domaine en constante croissance des micro-appareils. Plusieurs applications ont besoin de verre en raison de ses propriétés uniques : résistance chimique, transparence, faible conductivité électrique et thermique et biocompatibilité. Certains de ces dispositifs sont : micro-accéléromètres, micro-réacteurs, micro-pompes et dispositifs médicaux. Le facteur limitant pour augmenter l’utilisation du verre dans les micro-dispositifs est sa possibilité de structuration limitée. Les technologies de gravure chimique (comme avec le fluorure d’hydrogène) sont bien établies, mais restent trop lentes et coûteuses pour de nombreuses applications industrielles. D’autres technologies sont disponibles, telles que l’usinage au laser ou l’usinage mécanique (dynamitage ultra-sonique ou en poudre). Les deux sont entravés par la difficulté d’obtenir une bonne qualité de surface et le potentiel de dommages structurels. En général, les structures à rapport d’aspect élevé sont un problème difficile. Une réponse possible est la gravure chimique assistée par étincelle (SACE).

Le SACE, également connu dans la littérature sous le nom d’usinage par décharge électrochimique, ou ECDM (à ne pas confondre avec l’usinage à décharge électro et l’usinage électrochimique pour les matériaux conducteurs, deux processus également appelés ECDM en combinaison), est basé sur des décharges électrochimiques. Le principe est simple : l’échantillon de travail et deux électrodes sont trempés dans un électrolyte (typiquement NaOH aqueux). La cathode est utilisée comme un outil. Lors de l’application d’une tension supérieure à une valeur critique (généralement 30V), un film de gaz autour de l’outil est formé par la coalescence des bulles qui poussent à sa surface. Des décharges électrochimiques se produisent entre l’outil et l’électrolyte. La chaleur générée localement favorise la gravure de l’échantillon de travail. SACE n’a pas besoin d’installations de salle blanche ni de fabrication de masques, contrairement à la plupart des technologies de micro-usinage.
Aujourd’hui, le forage SACE unidimensionnel est bien caractérisé dans le fonctionnement en boucle ouverte. Cependant, aucune stratégie de contrôle n’a été signalée. L’élaboration de stratégies de rétroaction ouvrirait de nouvelles possibilités pour l’usinage SACE, aidant à surmonter ses principales limites.

L’objectif du projet proposé est de développer des stratégies de forage basées sur le contrôle de la rétroaction de force.

Fusion de capteurs pour un suivi de pose robuste à l’aide d’un dispositif combiné accéléromètre-magnétomètre-gyroscope

Les trackers optiques et électromagnétiques de haute précision sont couramment utilisés pour les interventions guidées par l’image pour suivre la position et l’orientation (pose) des outils chirurgicaux et des objets cibles. Dans certaines applications, ces dispositifs de suivi pourraient être remplacés par de petites unités de mesure inertielle (IMU) à faible coût, qui contiennent des capteurs intégrés accéléromètre-magnétomètre-gyroscope. La taille typique du capteur est de quelques centimètres par quelques centimètres et cela coûte environ 150 $. Cela permet de nouvelles applications qui n’ont pas été possibles à mettre en œuvre avec des capteurs optiques ou électromagnétiques.

Interpolation de contour en imagerie médicale

La planification des procédures médicales, telles que la radiothérapie ou les interventions mini-invasives, nécessite presque toujours une délimitation des organes et d’autres structures importantes par des courbes fermées. Le plus souvent, cela est effectué manuellement, en dessinant des contours autour des objets sur plusieurs images en coupe transversale bidimensionnelles.

En règle générale, les contours changent en douceur entre les tranches d’image adjacentes, il peut donc être possible d’accélérer le processus de contournage en dessinant des contours manuellement uniquement sur un sous-ensemble limité d’images et en générant des contours entre les tranches profilées manuellement par interpolation.

La méthode d’interpolation de contour pourrait également être utilisée pour générer des modèles de surface visuellement attrayants et précis à partir d’ensembles de contours clairsemés définis manuellement.

Visualisation des champs de déformation en imagerie médicale

Les méthodes d’enregistrement d’image sont souvent utilisées dans les interventions médicales guidées par l’image pour déterminer la luxation de l’organe cible. Les méthodes d’enregistrement avancées peuvent déterminer non seulement une transformation rigide, mais aussi des déformations d’organes. L’évaluation des performances des algorithmes d’enregistrement d’image déformables nécessite la visualisation des champs de déformation résultants, au moyen de tranches d’image colorées, d’isolignes, de flèches, de grilles déformées, etc.

3D Slicer (www.slicer.org) est une application d’analyse et de visualisation d’images médicales open source qui est largement utilisée dans le laboratoire d’avantages. Cette application contient des algorithmes d’enregistrement d’image déformables, mais malheureusement elle ne peut pas visualiser les champs de déformation.

Traitement des défauts dans les systèmes de traitement chimique

La nécessité d’un cadre complet pour diagnostiquer et gérer les défauts des actionneurs et des capteurs a été bien reconnue. Ce projet s’efforcera d’élaborer des principes de base rigoureux et des filtres de détection et d’isolation des pannes fondés sur des données et des conceptions de contrôle tolérantes aux pannes.

Contrôle contraint Construction de la fonction de Lyapunov

L’un des problèmes fondamentaux non résolus dans la théorie du contrôle est le choix d’un contrôle contraint Lyapunov-fonction pour les systèmes non linéaires-un problème qui va au cœur de la définition et de la compréhension de ce que signifie la stabilité. Dans notre groupe, nous avons utilisé les résultats sur les régions contrôlables nulles pour les systèmes linéaires afin de résoudre ce problème pour les systèmes linéaires. Ce projet se concentrera sur une classe de systèmes non linéaires.

Évolution des oiseaux des hautes latitudes

Les projets de recherche en cours se concentrent sur les résidents et les migrants sur de courtes distances. À l’aide de marqueurs moléculaires (p. ex. données sur les séquences d’ADN), nous pouvons examiner la biogéographie historique et la façon dont les glaciations ont façonné les populations actuelles. Nous avons un certain nombre d’espèces sur lesquelles on peut travailler pour examiner la structure génétique des populations.

Divergence Préservant l’approximation des champs vectoriels

Les fluides sont souvent simulés sur des grilles régulières. À chaque point de la grille, la vitesse du fluide est stockée sous forme de vecteur. Afin d’analyser le flux, la plupart des algorithmes de visualisation de flux interpolent le champ vectoriel aux points non-grille d’une manière composante-sage. Cette approche simple n’est pas conservatrice, c’est-à-dire que le champ vectoriel interpolé n’est plus exempt de divergence.

L’objectif de ce projet de recherche est double :

1) Quantifier l’erreur introduite en raison de ce traitement par composante.

2) Étudiez des stratégies efficaces qui tentent de réduire l’erreur avec peu ou pas de frais généraux. Ces stratégies comprennent : l’utilisation d’autres réseaux d’échantillonnage, la préfiltration des données vectorielles afin de minimiser la divergence et l’utilisation d’autres représentations du champ d’écoulement qui sont intrinsèquement exemptes de divergence.

Amélioration de la simulation des ondes de choc dans les écoulements de fluides compressibles

La simulation fiable des ondes de choc est essentielle dans la prédiction et l’étude de nombreux phénomènes physiques, où les changements brusques dans les propriétés des matériaux dus aux ondes de choc peuvent grandement affecter les régions d’intérêt et activer les mécanismes physiques. La méthode prédominante pour simuler des flux avec des ondes de choc, la capture de choc existe depuis plus de soixante ans et a été appliquée avec succès à un large éventail de problèmes. Cependant, souvent, dans les simulations d’écoulement de fluide compressible, de grandes erreurs apparaissent à la suite de la présence d’ondes de choc. Ces erreurs ne disparaissent pas avec le raffinement de la grille ou les schémas d’ordre supérieur et jettent le doute sur cette classe de méthodes par ailleurs robustes et fiables.

Un stagiaire d’été est recherché pour analyser et améliorer les performances d’une nouvelle classe de programmes qui ne souffrent pas de ces problèmes. Actuellement, cette nouvelle catégorie de systèmes n’est pas fiable et de nouvelles analyses et tests numériques sont nécessaires pour mieux comprendre ces nouveaux développements. Le stagiaire utilisera les codes existants pour tester des schémas sur des problèmes de test simples avant d’utiliser l’analyse mathématique et numérique. L’étudiant acquerra une compréhension des ondes de choc et des méthodes de capture de choc ainsi que l’apprentissage des techniques d’analyse de base et une meilleure compréhension des équations aux dérivées partielles.

Mise en œuvre d’une unité de commande de moteur pour l’injection de carburant automobile

L’objectif du projet de recherche est de mettre en œuvre une unité de commande du moteur (ECU) que nous avons récemment acquise sur un banc d’essai de moteur automobile à des fins de contrôle de l’injection de carburant. Le système de moteur à utiliser est un moteur Sunbird (moteur à essence à injection de carburant d’orifice) que possède UBC Mechanical Engineering. L’ECU est un microcontrôleur MotoHawk qui détermine la quantité de carburant à injecter en fonction des mesures du capteur. Pour mesurer le rapport air/carburant en temps réel, un capteur d’oxygène à large bande sera installé avant le convertisseur catalytique à trois voies dans le tuyau d’échappement. Un simple contrôleur PID et un contrôleur robuste avancé seront testés, et les performances du système en boucle fermée seront comparées à diverses conditions de fonctionnement (régime moteur et débit d’air). Ces contrôleurs seront réalisés dans Matlab/ Simulink et transférés au microcontrôleur ECU.

Un système expert flou sur la minéralogie qualitative

Ce projet comprend l’évolution d’un système logiciel existant conçu pour enseigner la minéralogie et aider à l’identification d’un spécimen minéral. Le système actuel fonctionne dans un environnement logiciel propriétaire basé sur l’hypertexte qui doit être mis à niveau pour s’exécuter dans un navigateur Windows tel que Firefox ou MS-Explorer.

Le système utilise un système expert flou pour présenter des informations sur plus de 250 minéraux et pour aider un étudiant à apprendre à identifier un spécimen inconnu. Il utilise les observations faites par l’utilisateur pour augmenter ou diminuer le degré de croyance en un nom minéral particulier qui est initialement choisi par l’utilisateur. De cette façon, l’utilisateur acquiert la capacité de faire des observations sur les propriétés des roches et des minéraux tels que la couleur, la strie, le lustre, le S.G., la dureté, la structure et l’habitude cristallines, le clivage, le jumelage et de nombreuses caractéristiques uniques telles que le jumelage et la fluorescence ; et appliquer ces faits pour identifier les minéraux.

La recherche implique l’évolution des règles existantes et de la structure logique floue en une forme compatible avec la programmation Web. Certaines des règles existantes peuvent fonctionner de manière plus efficace en utilisant une approche basée sur l’agent pour réutiliser les règles et les appliquer aux différentes propriétés plutôt que d’être appliquées en tant qu’entités distinctes. Le système utilise un certain nombre de cartes de mémoire associative floue pour prendre des informations d’entrée et déterminer le degré de croyance dans une sortie. L’entrée et la sortie sont généralement de nature linguistique, sauf lorsque des mesures ont été effectuées telles que S.G. et la dureté. La méthode de défuzzification utilise une approche de moyenne pondérée, bien que certaines règles utilisent l’inférentisation pondérée similaire à un réseau de neurones artificiels. L’examen des façons de rationaliser ces deux solutions de rechange aura lieu au cours de la recherche. La capacité d’ajouter facilement de nouveaux minéraux dans le système sera également examinée.

Le plan de recherche pour ces travaux est le suivant :

Semaine 01 – Familiarisation avec le système existant
Semaine 02 – Apprendre les éléments d’IA dans le système
Semaine 03 – Transfert des documents hypertextes en HTML/XML
Semaine 04 – Continuer avec des documents hypertextes et une base de données
Semaine 05 – Création de règles pour l’application et la manipulation en ligne des données
Semaine 06 – Continuer à créer des règles
Semaine 07 – Continuer à créer des règles
Semaine 08 – Mise à l’essai du système
Semaine 09 – Mise à l’essai du système
Semaine 10 – Développement de l’interface utilisateur
Semaine 11 – Nettoyage final et rédaction d’un bref rapport
Semaine 12 – Présentation du nouveau système à notre ministère

Le candidat idéal pour ce projet posséderait des connaissances en programmation Web, en systèmes de gestion de données et aimerait en apprendre davantage sur les techniques d’IA telles que la logique floue, les systèmes experts et les réseaux neuronaux artificiels. Un intérêt pour les minéraux et les sciences de la Terre serait un atout, mais une expertise dans ce domaine n’est pas nécessaire pour faire cette recherche.

Jeux omniprésents évolutifs pour la préparation aux catastrophes naturelles

Les jeux omniprésents sont un nouveau genre de jeu informatique joué sur des appareils mobiles dans les endroits quotidiens que nous habitons. Avec eux viennent une nouvelle façon pour les gens de socialiser, d’interagir, de comprendre les lieux et les lieux, et de s’engager dans divers aspects de la communauté. Le défi, cependant, est que nous ne savons toujours pas comment concevoir au mieux des jeux omniprésents pour engager pleinement les joueurs de jeu afin qu’ils puissent trouver de nouvelles façons d’explorer et de comprendre les aspects de leur culture et de leur situation géographique.
Un défi spécifique qui existe avec de nombreux jeux omniprésents est la création et l’orchestration du contenu et des activités du jeu. Par création, nous entendons la construction et le placement du contenu du jeu. Par orchestration, nous faisons référence à la surveillance des activités des joueurs dans le jeu, ainsi qu’à la qualité et à la disponibilité continue du contenu du jeu, afin de garantir le bon déroulement du jeu pour les joueurs. L’orchestration implique de surveiller activement les joueurs pour s’assurer qu’ils restent à l’écart et continuent à participer au jeu. Ici, les besoins d’orchestration sont très dynamiques car les contraintes physiques du jeu semblent illimitées pour le joueur, tout comme les règles (c’est-à-dire avec qui interagir). En général, la création et l’orchestration de jeux dans les jeux omniprésents sont cruciales pour le succès d’un jeu. Si c’est mal fait, les joueurs peuvent ne pas apprécier le jeu ou peuvent être à risque ; peut-être, pire encore, les non-joueurs qui ne réalisent pas qu’ils font partie d’un jeu car les spectateurs peuvent être à risque. D’un point de vue pragmatique, les défis liés à la création et à l’orchestration signifient également que les jeux omniprésents sont souvent ponctuels et ne sont disponibles qu’en un seul endroit ou dirigés sur une courte période de temps, pour ne plus jamais être exécutés. En conséquence, la participation est limitée ou les joueurs ne peuvent pas continuer à jouer comme ils pourraient les jeux informatiques ou en ligne. Notre intérêt est de comprendre comment les jeux omniprésents peuvent être conçus pour être évolutifs. Par évolutif, nous faisons référence à une capacité de jeux à être : 1) joué et orchestré sur de longues périodes de temps dans une variété d’endroits, et 2) joué par un grand nombre de joueurs (par exemple, des centaines ou des milliers de personnes).
Ce projet explore comment des jeux omniprésents évolutifs peuvent être conçus pour que les joueurs puissent en apprendre davantage sur la famille, les amis et les membres de la communauté et les partager entre elles en ce qui concerne les catastrophes naturelles imminentes et potentielles. Par exemple, il examine comment les résidents de Vancouver peuvent en apprendre davantage sur la préparation aux situations d’urgence en cas de tremblement de terre majeur potentiel et comment ils peuvent partager leurs connaissances avec leur famille et leurs amis pour les aider à se préparer également. Nous allons concevoir un prototype d’un jeu omniprésent qui utilise des éléments de conception qui pourraient rendre le jeu évolutif, puis évaluer le jeu par le biais d’un jeu réel par les utilisateurs finaux. Le résultat sera une compréhension plus large des éléments de jeu qui favorisent l’évolutivité (p. ex., narration, mécanique de jeu, jeu de groupe) et de la façon dont ces aspects affectent les expériences de jeu dans le cadre de la préparation aux catastrophes naturelles.